非平稳地震激励下巨子型有控结构阻尼器的优化布置研究

对巨子型有控结构(MSCSS)的阻尼器布置位置进行参数编码,并以结构顶层位移、加速度均方响应作为优化目标,结合虚拟激励法探讨强度-频率非平稳地震加速度功率谱激励下,遗传算法对阻尼器布置位置的优化效果。通过对MSCSS的非平稳地震时程分析和随机振动分析可以看出:相比较结构在无控状态下的工况和传统上将阻尼器布置在主子结构顶层的工况,经优化后的阻尼器布置方案能够大幅降低MSCSS的地震响应,提高结构的抗震性能。同时在工程实际中,可根据对控制性能的不同需求来调整优化目标的权值系数,得到满意的优化结果。     

偏心框剪结构基于多模态的耗能减震设计研究

结合能力谱法的基本原理,运用基于多模态的耗能减震设计方法对偏心框剪结构进行性能化设计。提出附加阻尼器后结构的性能目标,并对原结构各阶模态进行Pushover分析,得到各阶模态等效单自由度体系最大位移的比值,利用SRSS法将目标位移用第1阶等效单自由度体系的最大允许位移表示。同时依据能力谱法的基本原理计算结构所需附加阻尼比,并根据阻尼系数与层间位移成正比的分配模式对所选粘滞阻尼器进行合理的布置。对原结构与附加阻尼器结构进行时程分析,计算结果表明:附加阻尼器后,结构的位移响应减小较多,层间位移角趋于均匀,其抗震性能可达到预先提出的性能目标。     

粘滞阻尼器在某办公楼中消能减震分析与设计

以位于8度抗震设防烈度区的某框架结构办公楼为研究对象,建立有限元模型并布置粘滞阻尼器,基于ETABS软件进行有限元时程分析。在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下对该框架结构进行了非线性粘滞阻尼器控制下的阻尼减震控制研究。针对减震前后的楼层剪力、层间位移角、与阻尼器相连的框架内力进行对比分析,并对阻尼器耗能性能进行分析,并进一步细化减震方案,对粘滞阻尼器支撑截面进行了验算与设计。结果表明,结构中增设粘滞阻尼器,能有效降低结构的楼层剪力、与阻尼器相连的框架内力、减小层间位移角以及增加结构的附加阻尼比,提高结构抗震性能储备。     

基于GA的高层结构VED阻尼器优化布置

本文对安装有粘弹性阻尼器的高层建筑结构进行了强震作用下的动力时程分析,基于Newmark-β法获得结构的振动响应。在阻尼器数量一定的情况下,为寻求最佳的布置方案,以结构最大层间位移角和楼层最大加速度的线性组合构造了目标函数,采用GA算法对阻尼器的布置位置进行了优化。数值试验表明了这一优化布置方案的可行性和有效性。     

某大型医院框架结构消能减震金属阻尼器布置方案研究

为了研究金属阻尼器在大型医院框架结构中的消能减震效果,运用SAP2000软件对安装有金属阻尼器和未安装金属阻尼器的医院结构进行8度大震作用下的非线性时程分析。分别采用隔层布置和全布置的方案,对比分析不同阻尼器布置方案的减震效果,同时对比分析顶点加速度反应谱随周期的变化规律。分析结果表明:在8度大震下,金属阻尼器表现出良好的耗能性能,结构的顶点位移、层间位移角均明显减小,隔层布置比全布置的减震效果好;在短周期内加速度反应谱变化较大,在长周期内变化较小,基本趋于一致,消能结构的加速度反应谱明显比无控结构小。本文的研究成果可为类似项目消能减震设计提供参考。     

配有铅-磁流变阻尼器的高层RC框架结构非线性动力分析

为研究铅-磁流变阻尼器对高层RC框架结构的减震效果,基于框架结构的弹塑性杆模型,采用数值模拟方法对未装和安装铅-磁流变阻尼器的高层RC框架结构（12层）进行了非线性动力分析。结果表明：在El Centro波、Taft波和人工波作用下,有控结构顶层边节点的最大水平位移比未控结构分别减小47.9%、40.8%和40.8%,有控结构顶层边节点的最大水平加速度与未控结构相差不大;与未控结构相比,铅-磁流变阻尼器受控结构各层的最大水平位移均明显减小,各层的最大水平加速度变化不大;在El Centro波作用下,未控结构的屈服点分布在2~5层柱端,有控结构没有屈服点,在Taft波作用下,未控结构屈服点分布在2~4层梁端和1~8层柱端,有控结构仅在2~6层柱端有屈服点,在人工波作用下,未控结构的屈服点分布在2~3层梁端和2~6层柱端,有控结构仅在2~5层柱端有屈服点,说明铅-磁流变阻尼器可以控制高层RC结构的损伤发展过程、延缓结构的整体倒塌。     

粘滞阻尼器消能减震体系基于粗粒度-主从式并行遗传算法的设计方法

为充分利用粘滞阻尼器的耗能能力,本文针对粘滞阻尼器消能减震体系提出了一种基于粗粒度-主从式并行遗传算法的设计方法。该设计方法首先通过直接基于位移法初步确定粘滞阻尼器的参数与数量,随后以结构最大层间位移角和楼层最大加速度为目标函数,采用遗传算法对粘滞阻尼器的布置方式进行多目标优化,从而得到最优布设方案。这种遗传算法是基于内嵌带有精英保留策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的粗粒度-主从式并行遗传算法。最后选择一个8层钢框架进行分析。结果表明:采用基于粗粒度-主从式并行遗传算法的设计方法得到的阻尼器优化布置方案可以有效减小结构的最大层间位移角和楼层加速度,相对于常规布置方法结构的减震率可以得到大幅度提高。     

布置金属阻尼器的RC掉层框架结构减震性能分析

掉层框架结构由于上接地端的强约束作用,与一般框架结构相比抗震性能更差,上接地柱破坏严重。为研究布置金属阻尼器对改善掉层框架结构抗震性能的影响,对掉2层3跨的RC掉层框架结构振动台试验进行数值模拟验证模型的准确性;按现行规范设计了6个不同形式的RC掉层框架结构算例,基于减震性能曲线法确定RC掉层框架结构中金属阻尼器的布置方式,对比分析结构的动力响应评价其减震效果。结果表明：以减震性能曲线法布置金属阻尼器能有效提高RC掉层框架结构的抗震性能,能达到预期的性能目标;布置金属阻尼器的掉层结构上接地端层间位移角和层间扭转角不再发生突变,楼层各项指标分布更加均匀;罕遇地震作用下,金属阻尼器进入屈服阶段后,平均消耗地震动能量达60%,减震效果显著;金属阻尼器可有效降低掉层结构的梁柱塑性铰产生数量并延缓其发展速率,延缓结构的刚度退化。     

某消能减震结构的动力弹塑性时程分析

利用专业结构有限元软件MIDAS对布置了剪切型阻尼器的某消能减震框架结构进行动力弹塑性时程分析,选取了满足规范要求的七条波。通过分析发现,大震下的层间最大位移角有较大余量,减震结构与非减震结构的位移比小于75%。阻尼器的滞回曲线饱满,耗能能力较好,体现了消能减震结构在抗震性能上的优势,达到了预期的性能目标。     

金属阻尼器和粘弹性阻尼器的优化算法研究

建立了20层钢框架模型,设定目标层间位移角,参考日本抗震规范规定的地震剪力计算方法确定主结构抗侧刚度,利用等效线性化理论将多质点体系简化为单质点体系,分别计算金属阻尼器附加体系的需求弹性刚度比和粘弹性阻尼器附加体系的需求刚度比,将需求刚度比分配到多质点体系中,利用程序进行时程分析,检验结构在各种工况下的减震性能。对金属阻尼器附加体系储存刚度比和粘弹性阻尼器附加体系储存刚度比分别进行拟合,得到经验公式,并通过30层钢框架模型,验证了公式的正确性。由此得出结论:(1)本文阻尼量的算法合理,采用该算法布置阻尼器后,层间位移、最大绝对位移及剪力降低率均大幅减小,其阻尼器耗能比在80%以上;(2)工况2的阻尼器布置形式较为合理,其三种指标优于其他工况。(3)本文拟合的经验公式(8)、(9)是合理的,能大量减少阻尼器设计工作。     

巨型钢框架MSCSS抗震动力可靠度研究

通过有限元分析软件SAP2000对巨–子型有控结构进行建模,利用SAP2000中的动力时程分析法,分别选用实测的地震动记录和通过HHT方法合成的El-Centro人工波,对巨–子型有控结构及巨型框架结构进行弹塑性时程分析;利用SAP2000与MATLAB接口程序将SAP2000的分析结果在MATLAB软件中做进一步的计算分析,进行结构随机地震响应的概率密度演化分析,采用首次超越破坏机制,定义结构层间位移为极限状态控制指标,确定了基于概率密度演化方法的结构抗震动力可靠度的计算方法。结果表明:巨-子型有控结构比巨型框架结构具有更好的振动控制性能,抗震动力可靠度远大于巨型框架结构的抗震动力可靠度,具有更高的结构安全性和可靠性。     

巨型钢框架-拉索支撑结构的三种抗震分析方法比较

针对新型巨型钢框架-拉索支撑结构体系的抗震性能,采用Pushover分析、振型分解反应谱分析及时程分析三种方法,分别研究典型巨型钢框架-拉索支撑结构在8度多遇地震作用下的底部剪力和层间位移角。结果表明,三种不同抗震分析方法得到的底部剪力和层间位移角最大值由小到大的顺序均为:Pushove分析、反应谱分析、时程分析。由于时程分析法能更好地反映巨型钢框架-拉索支撑结构顶部的地震作用响应,在评估其抗震性能时应作为其他两种方法的补充。     

新建减震结构优化设计方法

基于隔震理论提出减震结构优化设计方法,对某8度区11层框架结构进行了减震设计,通过附加粘滞阻尼器达到设防目标,根据振型分析调整隔震层层高,使安装阻尼器楼层位置降低至底部2层;将选取的7组加速度时程曲线分为4种工况,采用ETABS对减震结构进行了多遇地震作用下的时程分析,比较了各工况下阻尼器耗能总量和最大层间位移角。研究结果表明:将主体结构与减震装置看作有机整体对减震结构进行设计可取得较好的减震效果;将隔震层主体结构抗侧刚度作为减震装置设计参数,使隔震层基本周期与场地特征周期相等可取得最佳减震效果。     

布置黏滞阻尼器的框架结构抗震性能分析

提出附设黏滞阻尼器的结构设计流程,以昆明某幼儿园工程为例,通过在结构上附设黏滞阻尼器,对比原结构和消能减震结构在地震作用下的最大层间位移角和最大层间位移,研究了高地震烈度区框架结构附设非线性黏滞阻尼器后的减震效果。结果表明:黏滞阻尼器对结构减震效果明显,合理布置黏滞阻尼器后,框架结构的抗震性能满足规范要求。研究为高地震烈度区附设黏滞阻尼器的框架结构抗震设计提供了参考。     

Analysis of a high‐rise steel structure with viscous damped outriggers

Damped outriggers for tall buildings draw increasingly attentions to engineers. With a shaking table test, two models of a high‐rise steel column‐tube structure are established, one with outriggers fixed to the core and hinged at the columns, whereas the other's cantilevering outriggers are connected to columns by viscous dampers. According to their dynamic properties, five earthquake waves are selected from the Ground Motion Database of Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), and two artificial waves are generated by software SIMQKE_GR. Under various peak ground accelerations (PGAs), nonlinear time‐history analysis is applied to compare structural elastic seismic responses, including accelerations, inter‐story drifts, base shear force, damper's response and additional damping ratios. It is concluded that under minor earthquakes, accelerations, inter‐story drifts and base shear force of structure with damped outriggers are larger than or nearly equal to those of the one with fixed outriggers, and the viscous dampers hardly work. But as PGA increases, the contrary situation happens, and the effect of viscous dampers is enhanced as well. The additional damping ratio reaches around 4% under mega earthquakes. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

巨型钢框架-拉索支撑结构中拉索参数灵敏度分析

为研究巨型钢框架-拉索支撑结构体系中拉索预拉力和直径这两个参数对结构体系抗震性能的影响,获得拉索参数设计方法,对具有不同拉索参数的典型巨型钢框架-拉索支撑结构进行Pushover分析,考察不同拉索预拉力和直径对结构破坏模式、极限荷载、顶点位移、初始抗侧刚度、性能点处的基底剪力、相应顶点位移及最大层间位移角的影响。结果表明:拉索预应力对最大层间位移角有一定影响,对结构其他综合性能的影响可忽略;拉索直径增量不超过100%时,对结构的破坏模式影响较小,但拉索直径变化对结构的其他综合性能影响显著。     

巨-子型有控结构体系的可靠度分析及其优化

采用首次超越破坏机制,定义结构层间位移为极限状态控制指标,确定了基于概率密度演化方法的巨-子型有控结构体系的抗震动力可靠度的计算方法;基于可靠度并结合"等可靠度准则"对其进行优化。编制SAP2000与MATLAB接口程序将SAP2000中的分析结果带入到MATLAB中进行概率密度演化分析。结果表明:巨-子型有控结构在弹塑性阶段依然有很好的响应控制效果;巨–子型有控结构比巨型框架结构具有更高的抗震可靠度;经过优化后MSCSS的响应控制能力及可靠度都得到了显著提高。     

墙式连接金属阻尼器RC框架振动台试验研究

为研究金属阻尼器墙式连接方式的有效性,检验金属阻尼器对RC框架的减震效果,设计并制作1/4缩尺的4层无控结构(纯框架)和减震结构(设置金属阻尼器)振动台试验模型。选取一条人工合成地震动和Takatori天然地震动,调幅到不同地震动强度进行振动台试验,对模型结构动力特性(自振频率、阻尼比)和结构响应(位移、加速度、剪力)进行对比研究。试验结果表明：金属阻尼器同时给结构提供附加刚度和附加阻尼,减震结构的整体刚度始终大于无控结构,减震结构的阻尼比相比于无控结构大幅增加,减震结构的位移响应控制效果显著。金属阻尼器的墙式连接形式具有足够的稳固性和有效性,小震下连接部位无损伤,中震下连接部位出现细微裂缝,大震下结构梁与墙肢交界处出现剪切裂缝,但仍能够保证连接的可靠性。基于试验数据得到的阻尼器位移占比为0.4～0.6,在后续研究中,应进一步研究如何保证较大的阻尼器位移占比,以充分发挥阻尼器的作用。此外,近断层地震动对结构地震响应的影响仍需进一步研究。     

西安丝路国际会议中心隔震技术应用研究

随着建筑复杂程度的不断增大及隔震技术应用的推广，有必要对大跨复杂结构隔震设计过程中的关键问题进行研究。以西安丝路国际会议中心为工程背景，介绍了隔震设计在大跨复杂结构中的应用。该建筑结构地上部分采用巨型钢框架结构，地下部分采用混凝土框架-剪力墙结构，在地下室顶板以下柱顶布置隔震支座形成隔震层，隔震层混合使用“橡胶隔震支座+弹性滑板支座+黏滞阻尼器”。通过隔震层的选型与布置及计算分析，认为采用地下室顶板以下柱顶布置隔震层的方式具有适用性，隔震设计满足规范各项要求。结合结构特点，对隔震结构扭转控制、超长钢结构采用隔震设计时温度效应的影响、隔震层在地震作用下的自复位能力、双支座布置误差控制及弹性滑板支座水平度控制要求等问题进行了分析，并针对各专项问题提出了相应的解决方法和控制措施，为类似工程设计提供参考。     

基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

准确地估算等效阻尼系数和等效附加刚度对于附加金属阻尼器的减震结构的设计具有实用意义。首先基于等效线性化基本理论推导出等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式,并引入全时程迭代的思想,形成一种附加金属阻尼器减震结构的地震响应分析方法。继而通过对3层剪切型结构的地震响应分析,探讨了该计算方法迭代过程的收敛性。最后,通过对3层剪切型结构和8层平面框架结构的地震响应分析,考察了该计算方法的计算精度和可靠性。与现有方法相比,提出的等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式物理意义明确,同时考虑了金属阻尼器自身参数和结构动力响应对等效线性化参数的影响,采用的全时程迭代方法具有收敛速度快、计算精度高等优点。